申请日2018.07.23
公开(公告)日2018.08.24
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20
摘要
本发明公开一种重金属捕捉剂反应槽及利用其的重金属废水处理方法。反应槽包括：锥斗式污泥收集槽、一级反应槽、一级反应槽搅拌机、二级反应槽、二级反应槽搅拌机、以及污泥输送泵，其中三槽串联相连;锥斗式污泥收集槽与一级反应槽经隔板上部开孔联通;一级反应槽与二级反应槽经隔板下部开孔联通;锥斗式污泥收集槽经污泥输送泵与二级反应槽连接。重金属废水处理方法大大降低重金属捕捉剂投加量，降低废水处理的运行费用，强化重金属捕捉剂与废水中低浓度重金属离子反应形成的较少量不溶物的沉降分离效果，提高重金属离子去除率。总工艺流程更简单，出水水质更稳定。
权利要求书
1.一种重金属捕捉剂反应槽，其特征在于，所述重金属捕捉剂反应槽包括：污泥收集槽、一级反应槽、设置在一级反应槽中的一级反应槽搅拌机、二级反应槽、设置在二级反应槽中的二级反应槽搅拌机、以及连接在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵，其中：
污泥收集槽、一级反应槽和二级反应槽三槽串联相连;
污泥收集槽与一级反应槽之间的隔板上部设置有开孔，污泥收集槽与一级反应槽通过所述隔板上部开孔实现联通;
一级反应槽与二级反应槽之间的隔板下部设置有开孔，一级反应槽与二级反应槽通过所述隔板下部开孔实现联通;
重金属捕捉剂反应槽的进水口位于污泥收集槽的中部;
重金属捕捉剂反应槽的出水口位于二级反应槽的上部，其中所述出水口高于所述进水口;
污泥收集槽的下部为锥斗式结构，其底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的进口端连接;
二级反应槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的出口端连接。
2.如权利要求1所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：重金属捕捉剂反应槽的污泥输送泵流量为废水进水流量的5~20%。
3.如权利要求1所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：重金属捕捉剂反应槽中的重金属捕捉剂的投加浓度10~60mg/L。
4. 如权利要求1所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：所述重金属捕捉剂反应槽的进水口与前端的中和反应槽相连，所述重金属捕捉剂反应槽的出水口与后端的混凝反应槽以及絮凝反应槽级联。
5.如权利要求4所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：中和反应槽中投加石灰乳，调节废水pH值为9.5~10.5。
6.如权利要求4所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：混凝反应槽中投加混凝剂为聚合氯化铝PAC，投加浓度100~200mg/L。
7.如权利要求4所述的重金属捕捉剂反应槽，其特征在于：絮凝反应槽中投加絮凝剂为聚丙烯酰胺PAM，投加浓度2~5mg/L。
8.一种使用重金属捕捉剂反应槽的重金属废水处理方法，其特征在于，所述重金属捕捉剂反应槽包括：锥斗式污泥收集槽、一级反应槽、设置在一级反应槽中的一级反应槽搅拌机、二级反应槽、设置在二级反应槽中的二级反应槽搅拌机、以及连接在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵，其中：锥斗式污泥收集槽、一级反应槽和二级反应槽三槽串联相连;锥斗式污泥收集槽与一级反应槽之间的隔板上部设置有开孔，锥斗式污泥收集槽与一级反应槽通过所述隔板上部开孔实现联通;一级反应槽与二级反应槽之间的隔板下部设置有开孔，一级反应槽与二级反应槽通过所述隔板下部开孔实现联通;重金属捕捉剂反应槽的进水口位于锥斗式污泥收集槽的中部;重金属捕捉剂反应槽的出水口位于二级反应槽的上部，其中所述出水口高于所述进水口;锥斗式污泥收集槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的进口端连接;二级反应槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的出口端连接，
所述重金属废水处理方法包括以下步骤：
S1：含有金属氢氧化物污泥的重金属废水流入锥斗式污泥收集槽，重金属废水中的金属氢氧化物污泥在重力作用下沉降，被收集在锥斗式污泥收集槽的下部锥斗内，含有少量残余溶解态重金属离子的重金属废水通过锥斗式污泥收集槽与一级反应槽之间隔板上部的开孔流入一级反应槽中;
S2：向一级反应槽中投放重金属捕捉剂，在一级反应槽搅拌机的作用下，重金属捕捉剂与重金属废水充分混合，重金属捕捉剂与重金属废水中残余的溶解态重金属离子进行反应，形成不溶物;
S3：一级反应槽内的重金属废水经一级反应槽与二级反应槽之间隔板下部的开孔流入二级反应槽;
S4：收集在锥斗式污泥收集槽下部锥斗内的金属氢氧化物污泥经设置在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵输送至二级反应槽;
S5：在二级反应槽搅拌机的作用下，已投加重金属捕捉剂反应后的重金属废水和金属氢氧化物污泥在二级反应槽中充分混合;通过高浓度金属氢氧化物的吸附、包裹、卷扫等作用，步骤S2中形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面或内部，产生共沉降效应，由此使重金属废水中的溶解态重金属离子得以去除;
S6：重金属捕捉剂反应槽的出水进一步通过混凝槽、絮凝槽中的混凝、絮凝反应，在沉淀池中进行泥水分离;再经过滤器截留去除残余的不溶物，由此去除重金属废水中的重金属。
9.如权利要求8所述的重金属废水处理方法，其特征在于：重金属捕捉剂反应槽的污泥输送泵流量为废水进水流量的5~20%。
10.如权利要求8所述的重金属废水处理方法，其特征在于：重金属捕捉剂反应槽中的重金属捕捉剂的投加浓度10~60mg/L。
11.如权利要求8所述的重金属废水处理方法，其特征在于：可所述重金属捕捉剂反应槽的进水口与前端的中和反应槽相连，将所述重金属捕捉剂反应槽的出水口与后端的混凝反应槽以及絮凝反应槽级联。
12.如权利要求11所述的重金属废水处理方法，其特征在于：中和反应槽中投加石灰乳，调节废水pH值为9.5~10.5。
13.如权利要求11所述的重金属废水处理方法，其特征在于：混凝反应槽中投加混凝剂为聚合氯化铝PAC，投加浓度100~200mg/L。
14.如权利要求11所述的重金属废水处理方法，其特征在于：絮凝反应槽中投加絮凝剂为聚丙烯酰胺PAM，投加浓度2~5mg/L。
说明书
一种重金属捕捉剂反应槽及利用其的重金属废水处理方法
技术领域
本发明涉及重金属废水处理领域，更具体地涉及一种新的重金属捕捉剂反应槽及利用其的重金属废水处理方法。
背景技术
不锈钢、电镀等工业企业在生产加工过程中会产生重金属废水，例如，在不锈钢轧钢酸洗过程中，会产生含有铬、镍等重金属离子的废水。目前，对于重金属废水的处理，通常采用以“中和、沉淀、过滤”为主的处理工艺，这对于本领域技术人员显而易见，图1示出常见的一种重金属废水处理工艺流程(一)。
随着环境污染治理要求日益提高，重金属废水的排放标准越来越严格，如《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456-2012)中提出的排放标准。特定地区的企业应执行《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456-2012)中表3规定的水污染物特别排放限值，其中，铬和镍的排放限值分别为0.1mg/L和0.05mg/L。在此情况下，现有技术中常见的“中和、沉淀、过滤”重金属废水处理工艺就难以满足上述处理要求。
由此，越来越多的重金属废水处理方法、尤其是重金属废水深度处理方法被开发出来，如采用离子交换树脂吸附，以及微滤、超滤或反渗透膜过滤等处理方法。然而，上述处理方法均存在造价和运行费用昂贵的问题。
此外，还有使用投加重金属捕捉剂的处理方法，重金属捕捉剂可与废水中溶解态重金属离子反应形成不溶物，进而通过沉淀、过滤的方式将其去除。
由于重金属捕捉剂价格较为昂贵，通常将其与“中和、沉淀、过滤”工艺结合使用。一种常见的组合处理工艺是在中和反应槽后端设置重金属捕捉剂反应槽，将重金属捕捉剂投加至重金属捕捉剂反应槽内。图2示出现有技术中另一种重金属废水处理工艺方法。在此工艺方法中，先在中和反应槽中投加碱，使之与废水中的大部分溶解态重金属离子反应，生成不溶性金属氢氧化物;再在重金属捕捉剂反应槽中投加重金属捕捉剂，与残余的低浓度溶解态重金属离子反应，生成不溶物;最后通过沉淀、过滤将不溶物从废水中去除。
常见的重金属捕捉剂反应槽的结构如附图3所示。对于这种重金属废水处理工艺和重金属捕捉剂反应槽结构，存在以下问题：重金属捕捉剂被直接投加在经加碱中和后的重金属废水中，此时废水中存在大量的金属氢氧化物污泥，这些污泥会消耗反应一部分重金属捕捉剂，从而降低重金属捕捉剂针对性去除低浓度溶解态重金属离子的效率，因而重金属捕捉剂消耗量较大。
图4示出另一种常见的重金属废水处理的组合处理工艺。该工艺方法采用两级沉淀串联工艺来处理重金属废水。重金属捕捉剂反应槽被设置在一级沉淀池后端，而重金属捕捉剂反应槽结构未作改变，与图3所示结构相同。由于金属氢氧化物污泥已在一级沉淀池中沉淀分离，重金属捕捉剂可以针对性地和废水中残余的低浓度溶解态重金属离子反应。但是，在此种投加与反应方式下，由于重金属捕捉剂与重金属离子反应所形成的不溶物数量较少，这些不溶物不易从水中分离，使得重金属离子去除率较低、出水水质不稳定。
针对现有技术存在的上述缺点，有必要改进现有的重金属捕捉剂反应槽的结构形式，在保证排放水水质达标的前提下，降低重金属捕捉剂投加量，从而降低废水处理运行费用;同时强化重金属捕捉剂与废水中低浓度重金属离子反应形成的较少量不溶物的沉降分离效果，提高重金属离子去除率。
在对图2所示的常见的重金属废水处理工艺流程不作调整的情况下，仅仅改进重金属捕捉剂反应槽的结构形式就能解决上述问题，相比图4所示的常见废水处理工艺流程，其更简单且出水水质更稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的重金属捕捉剂反应槽。该反应槽结构在保证排放水水质达标的前提下，降低重金属捕捉剂投加量，从而降低废水处理运行费用。同时强化重金属捕捉剂与废水中低浓度重金属离子反应形成的较少量不溶物的沉降分离效果，提高重金属离子去除率。使用该新的重金属捕捉剂反应槽，其重金属废水处理工艺流程更加简单，出水水质更加稳定。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种重金属捕捉剂反应槽，包括：污泥收集槽、一级反应槽、设置在一级反应槽中的一级反应槽搅拌机、二级反应槽、设置在二级反应槽中的二级反应槽搅拌机、以及连接在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵，其中：污泥收集槽、一级反应槽和二级反应槽三槽串联相连;污泥收集槽与一级反应槽之间的隔板上部设置有开孔，污泥收集槽与一级反应槽通过所述隔板上部开孔实现联通;一级反应槽与二级反应槽之间的隔板下部设置有开孔，一级反应槽与二级反应槽通过所述隔板下部开孔实现联通;重金属捕捉剂反应槽的进水口位于污泥收集槽的中部;重金属捕捉剂反应槽的出水口位于二级反应槽的上部，其中所述出水口高于所述进水口;污泥收集槽的下部为锥斗式结构，其底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的进口端连接;二级反应槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的出口端连接。
根据本发明的实施例，重金属捕捉剂反应槽的污泥输送泵流量为废水进水流量的5~20%。
重金属捕捉剂反应槽中的重金属捕捉剂的投加浓度10~60mg/L。
所述重金属捕捉剂反应槽的进水口与前端的中和反应槽相连，所述重金属捕捉剂反应槽的出水口与后端的混凝反应槽以及絮凝反应槽级联。
中和反应槽中投加石灰乳，调节废水pH值为9.5~10.5。混凝反应槽中投加混凝剂为聚合氯化铝PAC，投加浓度100~200mg/L。絮凝反应槽中投加絮凝剂为聚丙烯酰胺PAM，投加浓度2~5mg/L。
本发明还提供一种使用重金属捕捉剂反应槽的重金属废水处理方法，所述重金属捕捉剂反应槽包括：锥斗式污泥收集槽、一级反应槽、设置在一级反应槽中的一级反应槽搅拌机、二级反应槽、设置在二级反应槽中的二级反应槽搅拌机、以及连接在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵，其中：锥斗式污泥收集槽、一级反应槽和二级反应槽三槽串联相连;锥斗式污泥收集槽与一级反应槽之间的隔板上部设置有开孔，锥斗式污泥收集槽与一级反应槽通过所述隔板上部开孔实现联通;一级反应槽与二级反应槽之间的隔板下部设置有开孔，一级反应槽与二级反应槽通过所述隔板下部开孔实现联通;重金属捕捉剂反应槽的进水口位于锥斗式污泥收集槽的中部;重金属捕捉剂反应槽的出水口位于二级反应槽的上部，其中所述出水口高于所述进水口;锥斗式污泥收集槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的进口端连接;二级反应槽的底部设置有开孔并通过管道与污泥输送泵的出口端连接，
所述重金属废水处理方法包括以下步骤：
S1：含有金属氢氧化物污泥的重金属废水流入锥斗式污泥收集槽，重金属废水中的金属氢氧化物污泥在重力作用下沉降，被收集在锥斗式污泥收集槽的下部锥斗内，含有少量残余溶解态重金属离子的重金属废水通过锥斗式污泥收集槽与一级反应槽之间隔板上部的开孔流入一级反应槽中;
S2：向一级反应槽中投放重金属捕捉剂，在一级反应槽搅拌机的作用下，重金属捕捉剂与重金属废水充分混合，重金属捕捉剂与重金属废水中残余的溶解态重金属离子进行反应，形成不溶物;
S3：一级反应槽内的重金属废水经一级反应槽与二级反应槽之间隔板下部的开孔流入二级反应槽;
S4：收集在锥斗式污泥收集槽下部锥斗内的金属氢氧化物污泥经设置在污泥收集槽与二级反应槽之间的污泥输送泵输送至二级反应槽;
S5：在二级反应槽搅拌机的作用下，已投加重金属捕捉剂反应后的重金属废水和金属氢氧化物污泥在二级反应槽中充分混合;通过高浓度金属氢氧化物的吸附、包裹、卷扫等作用，步骤S2中形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面或内部，产生共沉降效应，由此使重金属废水中的溶解态重金属离子得以去除;
S6：重金属捕捉剂反应槽的出水进一步通过混凝槽、絮凝槽中的混凝、絮凝反应，在沉淀池中进行泥水分离;再经过滤器截留去除残余的不溶物，由此去除重金属废水中的重金属。
采用本发明的重金属捕捉剂反应槽及使用其的重金属废水处理方法大大降低降低重金属捕捉剂投加量，降低废水处理的运行费用。同时强化重金属捕捉剂与废水中低浓度重金属离子反应形成的较少量不溶物的沉降分离效果，提高重金属离子去除率。使用该新的重金属捕捉剂反应槽，其重金属废水处理工艺流程更加简单，出水水质更加稳定。